JP4882114B2 - 歩行ロボットの充電装置及び充電方法 - Google Patents

Description

本発明は、歩行ロボットに搭載したバッテリに充電するために用いる歩行ロボットの充電装置と、この充電装置を用いた歩行ロボットの充電方法に関する。

従来、歩行ロボットの充電装置として、歩行ロボットの適所に歩行ロボットに搭載したバッテリに接続される受電コネクタを設けると共に、歩行ロボットが移動可能な範囲内に、充電用電源とこれに接続される給電コネクタとを設けた充電スタンドを設置し、歩行ロボットの動きで受電コネクタを充電スタンドの給電コネクタに接続して、充電用電源によりバッテリに充電するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

このものでは、バッテリの残存容量が低下したときに、歩行ロボットが自ら充電スタンドの設置場所に移動して、受電コネクタを給電コネクタに接続することにより自動的に充電することができる。

ここで、上記従来例のものでは、給電コネクタが充電スタンドに固定されている。そのため、充電中は、歩行ロボットが受電コネクタを介して給電コネクタにより拘束され、歩行ロボットの動きの自由度が大幅に制約されてしまう。その結果、充電中は歩行ロボットの持つエンターテイメント性を有効に発揮できず、鑑賞者に失望感を与えてしまう。
特開２００１−１７９６６３号公報

本発明は、以上の点に鑑み、充電中も歩行ロボットを左程の制約を受けることなく動かすことができるようにした歩行ロボットの充電装置並びに充電方法を提供することをその課題としている。

上記課題を解決するために、本発明は、充電用電源と該充電用電源にケーブルを介して接続される給電コネクタとが設けられた充電スタンドを備え、給電コネクタと歩行ロボットに設けられた受電コネクタとを接続して、歩行ロボットに搭載したバッテリに充電用電源により充電する歩行ロボットの充電装置であって、給電コネクタを受電コネクタに対し接続状態にロック可能なロック機構を備え、受電コネクタに対する給電コネクタの接続方向を前方、逆方向を後方として、充電スタンドに、給電コネクタを抜差し自在に受け入れて保持するコネクタホルダと、該コネクタホルダを前後方向に進退させる進退機構と、該コネクタホルダを介して前記ロック機構のロック操作及びアンロック操作を行うロック操作機構とが設けられ、前記コネクタホルダは、前記給電コネクタを保持した状態で前進して前記ロック操作機構によるロック操作で前記給電コネクタを前記受電コネクタに接続した状態にロックすることにより前記充電用電源から前記歩行ロボットのバッテリに充電可能とし、充電開始前又は充電開始後に後退して前記給電コネクタから離脱することにより前記給電コネクタの保持を解除し、充電完了後に再度前進して前記ロック操作機構によるアンロック操作で前記受電コネクタに対する前記給電コネクタのロックを解除した後、前記給電コネクタを受け入れることにより前記給電コネクタを保持した状態で再度後退して前記給電コネクタを前記受電コネクタから離脱させるように前記進退機構により駆動されることを特徴とする。

また、本発明は、前記充電装置を用いた歩行ロボットの充電方法において、前記受電コネクタを歩行ロボットの動作で前記給電コネクタの前方に正対させる工程と、前記コネクタホルダに給電コネクタを保持させた状態で前記進退機構によりコネクタホルダを前進させる工程と、前記ロック操作機構により前記ロック機構をロック操作して、給電コネクタを受電コネクタに対し接続状態にロックする工程と、前記充電用電源により歩行ロボットに搭載したバッテリに充電する工程と、バッテリの充電開始前又は開始後に、進退機構によりコネクタホルダを後退させて給電コネクタから離脱させる工程と、バッテリの充電完了後に、進退機構によりコネクタホルダを前進させる工程と、ロック操作機構によりロック機構をアンロック操作し、受電コネクタに対する給電コネクタのロックを解除して、コネクタホルダに給電コネクタを保持させる工程と、進退機構によりコネクタホルダを後退させて、給電コネクタを受電コネクタから離脱させる工程とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、充電スタンドに設けた進退機構によりコネクタホルダを前進させてから、ロック操作機構でロック機構のロック操作を行うことにより、給電コネクタが受電コネクタに接続されて、この状態にロックされる。その後、コネクタホルダを後退させれば、コネクタホルダが給電コネクタから離脱する。この状態では、充電スタンドに対し、給電コネクタがケーブルのみを介して連結されることになる。そのため、給電コネクタを受電コネクタに接続したまま歩行ロボットをケーブルが伸びきらない範囲で自由に動かすことができる。従って、充電中も歩行ロボットの持つエンターテイメント性を有効に発揮させて、鑑賞者を楽しませることができる。

充電完了後、コネクタホルダを進退機構により再度前進させてから、ロック操作機構でロック機構のアンロック操作を行うことにより、受電コネクタに対する給電コネクタのロックが解除されて、給電コネクタがコネクタホルダに保持される。その後、コネクタホルダを再度後退させることにより、給電コネクタが受電コネクタから離脱する。これにより、歩行ロボットは完全に自由な状態になる。

本発明の充電装置において、進退機構は、直動式駆動源と、直動式駆動源により前後方向に進退される可動枠とを備え、この可動枠に、前記コネクタホルダを支持する支持枠がフローティング機構を介して上下左右にフローティング自在に連結されると共に、給電コネクタと受電コネクタとの少なくとも一方に、給電コネクタと受電コネクタとの両者間の芯ずれを矯正するガイド部が設けられていることが望ましい。

これによれば、受電コネクタを歩行ロボットの動作で給電コネクタの前方に正対させたときに、給電コネクタに対し受電コネクタが上下左右に芯ずれしていても、可動枠の前進に際しガイド部により発生する芯ずれの矯正力で給電コネクタが上下左右にフローティング動作して、給電コネクタが受電コネクタと同芯に位置調節される。従って、芯ずれによる給電コネクタと受電コネクタの接続ミスを防止できる。

ここで、フローティング機構は、前後方向に長手のロッドと、可動枠に設けられた、ロッドをその中間部において上下左右に傾動自在に支持する自在継手と、可動枠に設けられた、ロッドの後端部を上下左右に弾力的に変位可能に支持する第１弾性支持部材と、ロッドの前端に設けられた、支持枠を上下左右に弾力的に傾動可能に支持する第２弾性支持部材とで構成されることが望ましい。

これによれば、ガイド部により発生する芯ずれの矯正力でロッドが自在継手を中心にして追従性良く傾動する。この場合、ロッドの前端に支持枠が剛に連結されていると、ロッドの傾動で給電コネクタの軸線が受電コネクタの軸線に対し傾いてしまい、給電コネクタを受電コネクタに嵌合できなくなる。これに対し、上記の構成では、第２弾性支持部材の撓みにより支持枠がロッドの傾動方向とは逆方向に傾動して、給電コネクタの軸線が受電コネクタの軸線に合致する。従って、受電コネクタと給電コネクタとの両者間の芯ずれを追従性良く矯正して、給電コネクタを受電コネクタに確実に接続できる。

また、本発明の充電装置において、受電コネクタは、バッテリに接続される受電コネクタ本体と、受電コネクタ本体を収納する前後方向に長手の筒状の受電コネクタハウジングとを備え、給電コネクタは、充電用電源にケーブルを介して接続される給電コネクタ本体と、給電コネクタ本体を相対回転自在に収納する前後方向に長手の筒状であって、受電コネクタハウジングに抜差し自在な給電コネクタハウジングとを備え、コネクタホルダは、給電コネクタハウジングを抜差し自在に受け入れる前後方向に長手の筒状に形成されると共に、進退機構により進退される支持枠に回転自在に支持され、ロック機構は、給電コネクタハウジングと受電コネクタハウジングとの一方のハウジングに形成した螺旋状のカム溝と、このカム溝に係合する、給電コネクタハウジングと受電コネクタハウジングとの他方のハウジングに固定のカムピンとを有し、給電コネクタハウジングを周方向一方のロック方向に回転させたときに、給電コネクタハウジングを受電コネクタハウジングに対し前進させて、給電コネクタ本体を受電コネクタ本体に接続し、給電コネクタハウジングを周方向他方のアンロック方向に回転させたときに、給電コネクタハウジングを受電コネクタハウジングに対し後退させて、給電コネクタ本体を受電コネクタ本体から引き離すカム機構で構成され、ロック操作機構は、コネクタホルダをロック方向とアンロック方向とに回転させる回転駆動源と、コネクタホルダの回転に伴い給電コネクタハウジングを回転させる回転伝達手段とで構成されることが望ましい。

これによれば、進退機構によりコネクタホルダを前進させて、カム溝の端部にカムピンを係合させてから、回転駆動源によりコネクタホルダをロック方向に回転させると、回転伝達手段を介して給電コネクタハウジングもロック方向に回転し、カム溝の働きで給電コネクタハウジングが受電コネクタハウジングに対し前進して、給電コネクタ本体が受電コネクタ本体に接続され、この状態にロックされる。即ち、コネクタホルダのロック方向への回転でロック機構のロック操作が行われることになる。尚、給電コネクタ本体は給電コネクタハウジングに対し相対回転自在であるため、給電コネクタハウジングが回転しつつ前進しても、給電コネクタ本体は回転せずに前進して受電コネクタ本体に無理なく接続される。

また、回転駆動源によりコネクタホルダをアンロック方向に回転させると、回転伝達手段を介して給電コネクタハウジングもアンロック方向に回転し、カム溝の働きで給電コネクタハウジングが受電コネクタハウジングに対し後退して、給電コネクタ本体が受電コネクタ本体から引き離される。即ち、コネクタホルダのアンロック方向への回転でロック機構のアンロック操作が行われることになる。このように、ロック機構のロック操作とアンロック操作をコネクタホルダのロック方向とアンロック方向の回転だけで行うことができるようになるため、ロック操作機構の構造を簡素化できる。更に、ロック機構もカム溝とカムピンとから成る構造簡単なカム機構で構成されるため、コストダウンを図ることができる。

また、回転伝達手段は、コネクタホルダと給電コネクタハウジングとの一方に形成した前後方向にのびるガイド溝と、このガイド溝に係合する、コネクタホルダと給電コネクタハウジングとの他方に固定のガイドピンとで構成され、給電コネクタハウジングがコネクタホルダに挿入されたときにガイドピンが到達するガイド溝の端部に、コネクタホルダをアンロック方向に回転させたときのガイド溝に対するガイドピンの相対回転方向に屈曲する屈曲溝部が形成され、この屈曲溝部の前後方向の溝幅は、ガイドピンが屈曲溝部内で前後方向に所定ストローク動くことを許容するように設定され、コネクタホルダに対し給電コネクタハウジングを前方に付勢する付勢手段を備えることが望ましい。

これによれば、回転伝達手段が小型簡素な構造になる。また、コネクタホルダをアンロック方向に回転したとき、最終的にガイドピンがガイド溝の屈曲溝部に係合する。これにより、給電コネクタハウジングがコネクタホルダに対し抜け止めされ、ハウジングホルダの後退で給電コネクタハウジングが確実に受電コネクタハウジングから離脱する。

ここで、受電コネクタを歩行ロボットの動作で給電コネクタの前方に正対させたときに、受電コネクタハウジングと給電コネクタハウジング間の前後方向距離が正規距離より短いと、コネクタホルダの前進途中で上述したカム溝の端部にカムピンが係合して、給電コネクタハウジングが受電コネクタハウジングに対しそれ以上前進しなくなる。このままでは、引き続くコネクタホルダの前進で給電コネクタハウジングから受電コネクタハウジングを介して歩行ロボットに前方への強い押し力が作用し、歩行ロボットが前方に押し倒される虞がある。これに対し、上記の構成によれば、給電コネクタハウジングはコネクタホルダに対し付勢手段の付勢力に抗して上記所定ストローク分だけ後退可能になる。そのため、コネクタホルダの前進途中でカム溝の端部にカムピンが係合すると、給電コネクタハウジングがコネクタホルダに対し後退する。これにより、歩行ロボットに前方への強い押し力が作用することを防止できる。

また、給電コネクタ本体を支持枠に対し回り止めする回り止め手段を備えることが望ましい。これによれば、コネクタホルダの前進に際し、振動等で給電コネクタ本体が受電コネクタ本体に接続可能な位相から回転ずれすることを回り止め手段により防止して、給電コネクタ本体を確実に受電コネクタ本体に接続できる。

図１を参照して、１は人間型の歩行ロボット、２は歩行ロボット１用の充電スタンドを示している。歩行ロボット１の背面のコントロールボックス１ａにはバッテリ１ｂが収納されており、コントロールボックス１ａの下に、バッテリ１ｂに接続される受電コネクタ３が設けられている。また、充電スタンド２には、充電用電源２ａと、これにケーブル２ｂを介して接続される給電コネクタ４とが設けられている。そして、バッテリ１ｂの残存容量が低下したときに、歩行ロボット１が自ら充電スタンド２の設置場所に移動し、受電コネクタ３と給電コネクタ４とを接続して、充電用電源２ａによるバッテリ１ｂへの充電を行う。尚、充電スタンド２は、その下端に取付けた車輪２ｃにより移動自在である。また、充電スタンド２の下端には、ストッパ２ｄが上下動自在に螺挿されている。そして、ストッパ２ｄを下降させることで、充電スタンド２を所定の設置場所に据え付ける。

以下、受電コネクタ３に対する給電コネクタ４の接続方向を前方、逆方向を後方として、受電コネクタ３、給電コネクタ４及び充電スタンド２の詳細な構造を説明する。

図２に示すように、受電コネクタ３は、バッテリ１ｂに接続される受電コネクタ本体３１と、受電コネクタ本体３１を収納する前後方向に長手の筒状の受電コネクタハウジング３２とを備えている。
給電コネクタ４は、充電用電源２ａにケーブル２ｂを介して接続される給電コネクタ本体４１と、給電コネクタ本体４１を収納する前後方向に長手の筒状に形成されて、受電コネクタハウジング３２に抜差し自在に内嵌する給電コネクタハウジング４２とを備えている。給電コネクタ本体４１には、前方に突出する複数の雄型端子部４３が設けられており、これら端子部４３が受電コネクタ本体３１に設けた複数の雌型端子部に嵌合して、給電コネクタ４と受電コネクタ３とが電気的に接続される。

給電コネクタハウジング４２には、給電コネクタ本体４１の外周面に形成した環状溝４４に係合する係合ピン４５が周方向の間隔を存して複数設けられている。これにより、給電コネクタ本体４１は給電コネクタハウジング４２に対し相対回転自在で且つ前後方向に不動になる。尚、係合ピン４５は、給電コネクタハウジング４２の外周に装着した止め輪４６により抜け止めされている。

また、給電コネクタ本体４１には、給電コネクタハウジング４２の後方に突出するケーブルガイド部４１ａが形成されており、ケーブル２ｂがケーブルガイド部４１ａから下方に導出されるようにしている。また、ケーブルガイド部４１ａの後端には、後述するガイドロッド６４が嵌合する断面十字状の孔４１ｂと、孔４１ｂにガイドロッド６４を導き入れるガイド突起４１ｃとが形成されている。

また、給電コネクタ４を受電コネクタ３に対し接続状態にロックするロック機構５を備えている。ロック機構５は、図３に示す如く、受電コネクタハウジング３２に形成した螺旋状のカム溝５１と、カム溝５１に係合する、給電コネクタハウジング４２の前端近傍に固定したカムピン５２とから成るカム機構で構成される。尚、カム溝５１は、受電コネクタハウジング３２に１８０°の周方向間隔を存して２つ形成され、カムピン５２も、給電コネクタハウジング４２に１８０°の周方向間隔を存して２つ設けられている。

カムピン５２をカム溝５１の前端部に係合させた状態（図３（ａ）に示す状態）で、給電コネクタハウジング４２を周方向一方のロック方向（図３（ａ）の左方から見て時計方向）に回転させると、給電コネクタハウジング４２がカム溝５１の働きで受電コネクタハウジング３２に対し前進し、給電コネクタ本体４１が受電コネクタ本体３１に接続される。

カム溝５１の後端部には、図３（ｂ）に示す如く、給電コネクタハウジング４２をロック方向に回転させたときのカム溝５１に対するカムピン５２の相対回転方向に屈曲するロック溝部５１ａが形成されている。そして、給電コネクタハウジング４２をロック方向に回転させると、最終的にカムピン５２がロック溝部５１ａに係合して、給電コネクタ４が受電コネクタ３に接続された状態にロックされる。また、図３（ｂ）に示す状態から給電コネクタハウジング４２をロック方向とは逆のアンロック方向（図３（ｂ）の左方から見て反時計方向）に回転させると、給電コネクタハウジング４２がカム溝５１の働きで受電コネクタハウジング３２に対し後退し、給電コネクタ本体４１が受電コネクタ本体３１から引き離される。

充電スタンド２には、図４乃至図６に示す如く、給電コネクタ４を着脱自在に保持するコネクタホルダ６と、コネクタホルダ６を前後方向に進退させる進退機構７と、コネクタホルダ６を介してロック機構５のロック操作及びアンロック操作を行うロック操作機構８とが設けられている。

コネクタホルダ６は、給電コネクタハウジング４２を抜差し自在に受け入れる前後方向に長手の筒状に形成されている。そして、進退機構７により進退される支持枠６１に、コネクタホルダ６がその後端部においてベアリング６２により回転自在に支持される。

コネクタホルダ６の周壁部には、その後部から前端に亘りケーブル２ｂに対する逃げ孔６ａが形成されている。そのため、コネクタホルダ６をケーブル２ｂとの干渉を生ずることなく給電コネクタ４から離脱させることができる。また、逃げ孔６ａの後半部は、コネクタホルダ６をケーブル２ｂとの干渉を生ずることなく回転できるように、周方向に幅広に形成されている。

ロック操作機構８は、コネクタホルダ６をロック方向とアンロック方向とに回転させる電動モータから成る回転駆動源８１と、コネクタホルダ６の回転に伴い給電コネクタハウジング４２を回転させる回転伝達手段８２とで構成される。回転駆動源８１は支持枠６１に搭載されている。そして、回転駆動源８１によりベルト８１ａを介してコネクタホルダ６が回転される。

回転伝達手段８２は、コネクタホルダ６に形成した前後方向にのびるガイド溝８２１と、ガイド溝８２１に係合する、給電コネクタハウジング４２に固定のガイドピン８２２とで構成され、コネクタホルダ６の回転が給電コネクタハウジング４２の相対的な前後動を許容した状態で給電コネクタハウジング４２に伝達される。また、ガイド溝８２１は、コネクタホルダ６の前端に亘って形成されている。そのため、コネクタホルダ６をガイドピン８２２との干渉を生ずることなく給電コネクタハウジング４２（給電コネクタ４）から離脱させることができる。尚、ガイド溝８２１は、コネクタホルダ６に１２０°の周方向間隔を存して３つ形成され、ガイドピン８２２も、給電コネクタハウジング４２に１２０°の周方向間隔を存して３つ設けられている。

給電コネクタハウジング４２がコネクタホルダ６に挿入されたときにガイドピン８２２が到達するガイド溝８２１の後端部には、コネクタホルダ６をアンロック方向に回転させたときのガイド溝８２１に対するガイドピン８２２の相対回転方向に屈曲する屈曲溝部８２１ａが形成されている。屈曲溝部８２１ａの前後方向の溝幅は、ガイドピン８２２が屈曲溝部８２１ａ内で前後方向に所定ストローク動くことを許容するように設定される。また、コネクタホルダ６内の後部には、給電コネクタ本体４１のケーブルガイド部４１ａの後端に当接するコイルスプリングから成る付勢手段６３が設けられている。そのため、付勢手段６３により給電コネクタ本体４１を介して給電コネクタハウジング４２が前方に付勢される。そして、給電コネクタハウジング４２がコネクタホルダ６に挿入され、ガイドピン８２２が屈曲溝部８２１ａに入っている状態において、給電コネクタハウジング４２はコネクタホルダ６に対し付勢手段６３の付勢力に抗して上記所定ストローク後退可能になる。

また、支持枠６１には、コネクタホルダ６の後端部内周を通してコネクタホルダ６内に突出するガイドロッド６４が固定されている。ガイドロッド６４の前部は断面十字状に形成されており、この前部が給電コネクタ本体４１のケーブルガイド部４１ａの後端に形成した断面十字状の孔４１ｂに嵌合する。そのため、ガイドロッド６４が回り止め手段として機能して、給電コネクタ本体４１が支持枠６１に対し回り止めされる。

支持枠６１には、更に、コネクタホルダ６が所定のロック位置とアンロック位置に回転したときにこれを検出する一対の回転位置センサ９，９が設けられている。ここで、ロック位置は、カム溝５１の前端のロック溝部５１ａにカムピン５２が係合する回転位置に設定され、アンロック位置は、カム溝５１の後端にカムピン５２が係合すると共に、ガイド溝８２１の屈曲溝部８２１ａにガイドピン８２２が入る回転位置に設定される。また、支持枠６１には、歩行ロボット１の位置を検出するロボット位置センサ１０が設けられている。

進退機構７は、ロッドレスシリンダから成る直動式駆動源７１と、直動式駆動源７１により前後方向に進退される可動枠７２とを備える。そして、コネクタホルダ６を支持する支持枠６１が可動枠７２にフローティング機構７３を介して上下左右にフローティング自在に連結されている。また、受電コネクタハウジング３２の後端には、受電コネクタハウジング３２と給電コネクタハウジング４２との両者間の芯ずれを矯正するために、テーパー状のガイド部３２ａが形成されている（図２参照）。これによれば、給電コネクタ４に対し受電コネクタ３が上下左右に芯ずれしていても、進退機構７によるコネクタホルダ６の前進で給電コネクタハウジング４２の前端が受電コネクタハウジング３２の後端に当接したとき、ガイド部３２ａにより発生する芯ずれの矯正力でコネクタホルダ６が上下左右にフローティング動作して、給電コネクタ４が受電コネクタ３と同芯に位置調節される。

ここで、フローティング機構７３は、前後方向に長手のロッド７３１と、可動枠７２にブラケット７３２ａを介して取付けた、ロッド７３１をその中間部において上下左右に傾動自在に支持する２軸の自由度を持つ自在継手７３２と、可動枠７２にブラケット７３３ａを介して取付けた、ロッド７３１の後端部を上下左右に弾力的に変位可能に支持する第１弾性支持部材７３３と、ロッド７３１の前端に設けられた、支持枠６１を上下左右に弾力的に傾動可能に支持する第２弾性支持部材７３４とで構成される。第１弾性支持部材７３３は、ロッド７３１を貫通させたゴムブシュで構成される。そして、第１弾性支持部材７３３の後方に突出するロッド７３１の部分にバランスウェイト７３５を取り付けている。また、第２弾性支持部材７３４は、ロッド７３１の前端にブラケット７３４ａを介して取付けた、支持枠６１を上下２箇所で連結する一対のゴムマウントで構成されている。

これによれば、ガイド部３２ａにより発生する芯ずれの矯正力でロッド７３１が自在継手７３２を中心にして追従性良く傾動する。この場合、ロッド７３１の前端に支持枠６１が剛に連結されていると、ロッド７３１の傾動で給電コネクタ４の軸線が受電コネクタ３の軸線に対し傾いてしまい、給電コネクタ４を受電コネクタ３に嵌合できなくなる。これに対し、上記の構成では、第２弾性支持部材７３４の撓みにより支持枠６１がロッド７３１の傾動方向とは逆方向に傾動して、給電コネクタ４の軸線が受電コネクタ３の軸線に合致する。従って、受電コネクタ３と給電コネクタ４との両者間の芯ずれを追従性良く矯正して、給電コネクタ４を受電コネクタ３に確実に接続できる。

直動式駆動源７１の側部には、可動枠７２が所定の前進位置に前進したときにこれを検出する前進位置センサ１１と、可動枠７２が所定の後退位置に後退したときにこれを検出する後退位置センサ１２とが設けられている。ここで、前進位置は、受電コネクタ３が正規位置よりある程度前方に位置していても、カムピン５２がカム溝５１の後端部に係合可能となるように設定される。

また、充電スタンド２には、フローティング機構７３の側方に位置させて、回転駆動源８１や回転位置センサ９やロボット位置センサ１０のための配線を担持する配線担持部材１３が設けられている。そして、配線担持部材１３の可動端を連結片１３ａを介して自在継手７３２用のブラケット７３２ａに連結し、可動枠７２に追従して配線担持部材１３が動くようにしている。

次に、歩行ロボット１に搭載したバッテリ１ｂに充電する際の作業手順について説明する。バッテリ１ｂの残存容量が低下すると、歩行ロボット１が自ら充電スタンド２の設置場所に移動し、受電コネクタ３を歩行ロボット１の動きで給電コネクタ４の前方に正対させる（図１の状態）。受電コネクタ３が給電コネクタ４の前方の所定位置に正対したことをロボット位置センサ１０で確認すると、進退機構７を構成する直動式駆動源７１により可動枠７２を介してコネクタホルダ６を前進させる。そして、可動枠７２が前進位置センサ１１で検出される前進位置に到達したところで前進を停止する。

ここで、給電コネクタハウジング４２に固定のガイドピン８２２は、コネクタホルダ６に形成したガイド溝８２１の後端の屈曲溝部８２１ａに挿入されているため、給電コネクタハウジング４２（給電コネクタ４）もコネクタホルダ６に追従して前進する。この前進に際し、受電コネクタハウジング３２の後端に形成したガイド部３２ａ及びフローティング機構７３の働きにより、給電コネクタハウジング４２が受電コネクタハウジング３２と同芯になるように位置調節される。そのため、図７（ａ）に示す如く、カムピン５２が確実にカム溝５１の後端部に係合する。

ところで、受電コネクタ３を歩行ロボット１の動作で給電コネクタ４の前方に正対させたときに、受電コネクタハウジング３２と給電コネクタハウジング４２間の前後方向距離が正規距離より短いと、コネクタホルダ６の前進途中でカム溝５１の後端部にカムピン５２が係合して、給電コネクタハウジング４２が受電コネクタハウジング３２に対しそれ以上前進しなくなる。この場合、ガイド溝８２１の後端の屈曲溝部８２１ａにガイドピン８２２が前後方向に不動に係合していると、引き続くコネクタホルダ６の前進で給電コネクタハウジング４２から受電コネクタハウジング３２を介して歩行ロボット１に前方への強い押し力が作用し、歩行ロボット１が前方に押し倒される虞がある。

これに対し、本実施形態では、ガイド溝８２１の屈曲溝部８２１ａ内でガイドピン８２２が前後方向に所定ストローク移動自在であるため、給電コネクタハウジング４２は、上述した通りコネクタホルダ６に対し付勢手段６３の付勢力に抗して所定ストローク分だけ後退可能になる。そのため、コネクタホルダ６の前進途中でカム溝５１の後端部にカムピン５２が係合すると、給電コネクタハウジング４２がコネクタホルダ６に対し後退する。これにより、歩行ロボット１に前方への強い押し力が作用することを防止できる。

可動枠７２（コネクタホルダ６）の前進を停止すると、次に、ロック操作機構８によるロック機構５のロック操作を行う。即ち、回転駆動源８１によりコネクタホルダ６を回転位置センサ９でロック位置への到達が検出されるまでロック方向に回転させる。コネクタホルダ６のロック方向への回転によれば、ガイドピン８２２が屈曲溝部８２１ａから離脱して、コネクタホルダ６に対し給電コネクタハウジング４２が前進可能になると共に、ガイド溝８２１とガイドピン８２２とを介しての回転力の伝達で給電コネクタハウジング４２がロック方向に回転する。そして、図７（ｂ）に示す如く、カム溝５１とカムピン５２とから成るロック機構５の働きにより給電コネクタハウジング４２が受電コネクタハウジング３２に対し前進する。コネクタホルダ６がロック位置まで回転されると、カムピン５２がカム溝５１の前端のロック溝部５１ａに係合して、給電コネクタ４が受電コネクタ３に接続された状態にロックされる。

ここで、給電コネクタ本体４１は、給電コネクタハウジング４２に対し相対回転自在であるため、給電コネクタハウジング４２の回転で給電コネクタ本体４１が連れ回りすることはない。また、支持枠６１に固定した回り止め手段たるガイドロッド６４は、給電コネクタ本体４１の雄型端子部４３が受電コネクタ本体３１の雌型端子部に嵌合し始めるまで、給電コネクタ本体４１の後端の孔４１ｂから抜け出ない。これにより、給電コネクタ本体４１は、雄型端子部４３が受電コネクタ本体３１の雌型端子部に嵌合可能な位相に保持される。従って、給電コネクタハウジング４２のロック機構５による前進で、給電コネクタ本体４１が確実に受電コネクタ本体３１に接続されて、この状態にロックされる。

次に、給電コネクタ本体４１が受電コネクタ本体３１に接続されたか否かを両コネクタ本体３１，４１に設けた信号端子間の通信で確認する。そして、接続が確認されると、歩行ロボット１から信号端子を介して充電スタンド２に充電条件が指示され、指示された条件で充電用電源２ａによるバッテリ１ｂへの充電が開始される。

また、給電コネクタ本体４１の受電コネクタ本体３１への接続を確認すると、充電開始後又は充電開始前に、直動式駆動源７１により可動枠７２を後退位置センサ１２で検出される後退位置まで後退させる。これにより、図７（ｃ）に示す如くコネクタホルダ６が後退して給電コネクタハウジング４２（給電コネクタ４）から離脱する。この状態では、給電コネクタ４が充電スタンド２に対しケーブル２ｂのみを介して連結されることになる。そのため、給電コネクタ４を受電コネクタ３に接続したまま歩行ロボット１をケーブル２ｂが伸びきらない範囲で自由に動かすことができる。従って、充電中も歩行ロボット１の持つエンターテイメント性を有効に発揮させて、鑑賞者を楽しませることができる。

バッテリ１ｂの充電が完了すると、歩行ロボット１から信号端子を介して充電スタンド２に充電停止信号が送られ、充電が停止される。そして、充電が停止されると、直動式駆動源７１により可動枠７２を介してコネクタホルダ６が前進される。これにより、ガイド溝８２１の前端部にガイドピン８２２が係合して、図７（ｂ）に示す状態に戻る。

次に、ロック操作機構８によるロック機構５のアンロック操作を行う。即ち、回転駆動源８１によりコネクタホルダ６を回転位置センサ９でアンロック回転位置への到達が検出されるまでアンロック方向に回転させる。これによれば、ガイド溝８２１とガイドピン８２２とを介しての回転力の伝達で給電コネクタハウジング４２がアンロック方向に回転する。そして、カム溝５１とカムピン５２とから成るロック機構５の働きにより給電コネクタハウジング４２が受電コネクタハウジング４２に対し後退して、給電コネクタ本体４１が受電コネクタ本体３１から引き離される。また、給電コネクタハウジング４２がコネクタホルダ６に挿入され、ガイドピン８２２が最終的にガイド溝８２１の後端の屈曲溝部８２１ａに挿入されて、図７（ａ）に示す状態に戻る。

次に、直動式駆動源７１により可動枠７２を介してコネクタホルダ６を後退させる。これによれば、給電コネクタハウジング４２（給電コネクタ４）が受電コネクタハウジング３２（受電コネクタ３）から離脱し、図１に示す状態に戻る。そして、歩行ロボット１は完全に自由な状態になる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、上記実施形態では、ロック機構５を構成するカム溝５１を受電コネクタハウジング３２に形成し、カムピン５２を給電コネクタハウジング４２に固定したが、給電コネクタハウジング４２にカム溝を形成し、受電コネクタハウジング３２にカムピンを固定してもよい。また、上記実施形態では、回転伝達手段８２を構成するガイド溝８２１をコネクタホルダ６に形成し、ガイドピン８２２を給電コネクタハウジング４２に固定したが、給電コネクタハウジング４２にガイド溝を形成し、コネクタホルダ６にガイドピンを固定してもよい。

また、受電コネクタ３と給電コネクタ４との一方のコネクタに他方のコネクタに係脱自在な可動式ロック部材を取り付けて、ロック機構５を構成することも可能である。然し、これでは、ロック機構５の構造が複雑になると共に、ロック操作機構８の構造も複雑になり、コストが高くなる。これに対し、ロック機構５を上記実施形態の如くカム溝５１とカムピン５２とから成るカム機構で構成すれば、ロック機構５の構造が簡単になると共に、コネクタホルダ６を回転するだけでロック機構５のロック操作及びアンロック操作を行うことができるため、ロック操作機構８の構造も簡単になり、コストダウンを図る上で有利である。

本発明の実施形態の充電装置の側面図。 実施形態の充電装置の受電コネクタと給電コネクタとの接続状態の断面図。 （ａ）実施形態の充電装置のロック機構のアンロック状態を示す説明図、（ｂ）ロック機構のロック状態を示す説明図。 実施形態の充電装置の充電スタンドの要部の平面図。 実施形態の充電装置の充電スタンドの要部の側面図。 図４のＶＩ−ＶＩ線で切断した断面図。 実施形態の充電装置の給電コネクタを受電コネクタに接続するときのコネクタホルダの動きを示す説明図。

符号の説明

１…歩行ロボット、１ｂ…バッテリ、２…充電スタンド、２ａ…充電用電源、２ｂ…ケーブル、３…受電コネクタ、３１…受電コネクタ本体、３２…受電コネクタハウジング、３２ａ…ガイド部、４…給電コネクタ、４１…給電コネクタ本体、４２…給電コネクタハウジング、５…ロック機構、５１…カム溝、５２…カムピン、６…コネクタホルダ、６１…支持枠、６３…付勢手段、６４…ガイドロッド（回り止め手段）、７…進退機構、７１…直動式駆動源、７２…可動枠、７３…フローティング機構、７３１…ロッド、７３２…自在継手、７３３…第１弾性支持部材、７３４…第２弾性支持部材、８…ロック操作機構、８１…回転駆動源、８２…回転伝達手段、８２１…ガイド溝、８２１ａ…屈曲溝部、８２２…ガイドピン。

Claims (7)

1. 充電用電源と該充電用電源にケーブルを介して接続される給電コネクタとが設けられた充電スタンドを備え、前記給電コネクタと歩行ロボットに設けられた受電コネクタとを接続して、該歩行ロボットに搭載したバッテリに前記充電用電源により充電する歩行ロボットの充電装置であって、
   前記給電コネクタを前記受電コネクタに対し接続状態にロック可能なロック機構を備え、
   前記受電コネクタに対して前記給電コネクタを接続する方向を前方、その逆方向を後方として、前記充電スタンドに、前記給電コネクタを抜差し自在に受け入れて保持するコネクタホルダと、前記コネクタホルダを前後方向に進退させる進退機構と、前記コネクタホルダを介して前記ロック機構のロック操作及びアンロック操作を行うロック操作機構とが設けられ、
   前記コネクタホルダは、前記給電コネクタを保持した状態で前進して前記ロック操作機構によるロック操作で前記給電コネクタを前記受電コネクタに接続した状態にロックすることにより前記充電用電源から前記歩行ロボットのバッテリに充電可能とし、充電開始前又は充電開始後に後退して前記給電コネクタから離脱することにより前記給電コネクタの保持を解除し、充電完了後に再度前進して前記ロック操作機構によるアンロック操作で前記受電コネクタに対する前記給電コネクタのロックを解除した後、前記給電コネクタを受け入れることにより前記給電コネクタを保持した状態で再度後退して前記給電コネクタを前記受電コネクタから離脱させるように前記進退機構により駆動されることを特徴とする歩行ロボットの充電装置。
2. 請求項１記載の充電装置であって、
   前記進退機構は、直動式駆動源と、直動式駆動源により前後方向に進退される可動枠とを備え、前記コネクタホルダを支持する支持枠が可動枠にフローティング機構を介して上下左右にフローティング自在に連結されると共に、
   前記給電コネクタと前記受電コネクタとの少なくとも一方に、給電コネクタと受電コネクタとの両者間の芯ずれを矯正するガイド部が設けられていることを特徴とする歩行ロボットの充電装置。
3. 請求項２記載の歩行ロボットの充電装置であって、
   前記フローティング機構は、前後方向に長手のロッドと、前記可動枠に設けられた、ロッドをその中間部において上下左右に傾動自在に支持する自在継手と、前記可動枠に設けられた、ロッドの後端部を上下左右に弾力的に変位可能に支持する第１弾性支持部材と、ロッドの前端に設けられた、前記支持枠を上下左右に弾力的に傾動可能に支持する第２弾性支持部材とで構成されることを特徴とする歩行ロボットの充電装置。
4. 請求項１〜３の何れか１項記載の歩行ロボットの充電装置であって、
   前記受電コネクタは、前記バッテリに接続される受電コネクタ本体と、受電コネクタ本体を収納する前後方向に長手の筒状の受電コネクタハウジングとを備え、
   前記給電コネクタは、前記充電用電源に前記ケーブルを介して接続される給電コネクタ本体と、給電コネクタ本体を相対回転自在に収納する前後方向に長手の筒状であって、受電コネクタハウジングに抜差し自在な給電コネクタハウジングとを備え、
   前記コネクタホルダは、給電コネクタハウジングを抜差し自在に受け入れる前後方向に長手の筒状に形成されると共に、前記進退機構により進退される支持枠に回転自在に支持され、
   前記ロック機構は、給電コネクタハウジングと受電コネクタハウジングとの一方のハウジングに形成した螺旋状のカム溝と、このカム溝に係合する、給電コネクタハウジングと受電コネクタハウジングとの他方のハウジングに固定のカムピンとを有し、給電コネクタハウジングを周方向一方のロック方向に回転させたときに、給電コネクタハウジングを受電コネクタハウジングに対し前進させて、給電コネクタ本体を受電コネクタ本体に接続し、給電コネクタハウジングを周方向他方のアンロック方向に回転させたときに、給電コネクタハウジングを受電コネクタハウジングに対し後退させて、給電コネクタ本体を受電コネクタ本体から引き離すカム機構で構成され、
   前記ロック操作機構は、コネクタホルダをロック方向とアンロック方向とに回転させる回転駆動源と、コネクタホルダの回転に伴い給電コネクタハウジングを回転させる回転伝達手段とで構成されることを特徴とする歩行ロボットの充電装置。
5. 請求項４記載の充電装置であって、
   前記回転伝達手段は、前記コネクタホルダと前記給電コネクタハウジングとの一方に形成した前後方向にのびるガイド溝と、このガイド溝に係合する、コネクタホルダと給電コネクタハウジングとの他方に固定のガイドピンとで構成され、
   給電コネクタハウジングがコネクタホルダに挿入されたときにガイドピンが到達するガイド溝の端部に、コネクタホルダを前記アンロック方向に回転させたときのガイド溝に対するガイドピンの相対回転方向に屈曲する屈曲溝部が形成され、この屈曲溝部の前後方向の溝幅は、ガイドピンが屈曲溝部内で前後方向に所定ストローク動くことを許容するように設定され、
   コネクタホルダに対し給電コネクタハウジングを前方に付勢する付勢手段を備えることを特徴とする歩行ロボットの充電装置。
6. 請求項４又は５記載の充電装置であって、
   前記給電コネクタ本体を前記支持枠に対し回り止めする回り止め手段を備えることを特徴とする歩行ロボットの充電装置。
7. 請求項１〜６の何れか１項記載の充電装置を用いた歩行ロボットの充電方法であって、
   前記受電コネクタを歩行ロボットの動作で前記給電コネクタの前方に正対させる工程と、
   前記コネクタホルダに給電コネクタを保持させた状態で前記進退機構によりコネクタホルダを前進させる工程と、
   前記ロック操作機構により前記ロック機構をロック操作して、給電コネクタを受電コネクタに対し接続状態にロックする工程と、
   前記充電用電源により歩行ロボットに搭載したバッテリに充電する工程と、
   バッテリの充電開始前又は開始後に、進退機構によりコネクタホルダを後退させて給電コネクタから離脱させる工程と、
   バッテリの充電完了後に、進退機構によりコネクタホルダを前進させる工程と、
   ロック操作機構によりロック機構をアンロック操作し、受電コネクタに対する給電コネクタのロックを解除して、コネクタホルダに給電コネクタを保持させる工程と、
   進退機構によりコネクタホルダを後退させて、給電コネクタを受電コネクタから離脱させる工程とを備えることを特徴とする歩行ロボットの充電方法。

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